赵彦云

摘 要：从正理庄油层应力及滤失分析入手，对低渗透油田压裂施工油层的天然裂缝进行分析，依据储层天然裂缝发育特性，有针对性的选择压裂施工艺，优化参数，提高施工成功率，取得较好的压裂效果。

关键词： 裂缝性油层；压裂；参数；效果

前言

油藏都存在天然缝，形成的力学性质分为：张性和剪性裂缝。油藏在正常压力条件下，受表面张力、地应力的综合作用，低渗储层中天然缝处于闭合状态，油气无法运移。但在压裂施工中，人造裂缝穿过天然裂缝时，裂缝的张应力逐渐增加，使闭合的裂缝张开或具有的张开趋势，造成压裂液在地层的滤失量大大增加，影响压裂效果。因此，在对这类储层进行压裂设计时，就要考虑天然缝对压裂施工的影响，选择合适的工艺、压裂液非常必要。

一、油层天然缝应力变化分析

开发中获取的岩心、测井资料表明，低渗油层天然缝多为高角度缝，缝的倾角>61o。当缝面为弹性接触时，正常状态下天然缝缝面法向应力与最大、最小水平主应力及缝面与最大水平主应力夹角有关。

正理庄油田的油藏最大、最小水平主应力差一般为18～32MPa⑴，取最小水平主应力约为49MPa（油藏深度为3200m左右），对不同应力差及缝内净压力下天然缝面有效应力进行了计算，根据计算得出如下结论：人造裂缝穿过天然缝时，随着天然缝与最大水平主应力间夹角不同，缝面法向应力产生变化，假设在其它参数不变时，近平行或近垂直于最大水平主应力方向的天然缝，其法向应力最低。人造裂缝穿过天然缝后，缝面有效法向应力降幅较大，其值等于人造裂缝内流体压力。近平行或近垂直的天然缝被人造裂缝穿透后其缝面有效法向应力最易小于或等于零，这种情况下天然缝最容易张开。天然缝方位相同，水平主应力差越大，缝面法向应力越大，缝面张开的可能性越小。

二、储油层天然缝在压裂施工过程的滤失

正理庄油层压裂施工过程中，压裂液在油层中的滤失受压裂液造壁性、储层流体粘度及其压缩性、压裂液粘度三种机理控制，在裂缝性低渗油层中，当人造裂缝穿过天然缝后，缝面有效法向应力降低，引起裂缝渗透率增大。在天然缝未张开的情况下，这一变化可用下式表示：

通过计算表明，在天然缝未张开的情况下，随缝内流体压力的增大，天然缝渗透率可达到原始渗透率的数十甚至上百倍，相应的压裂液滤失量也会数倍、数十倍的增大，使压裂液效率大幅降低，引起压裂施工过程中发生砂堵。返排时，天然缝先于人造裂缝闭合，其渗透率又恢复至原始较低值，压裂液不能得到及时返排，影响压裂效果。因此，了解天然缝的滤失特征，优化压裂设计，有针对性的采取降滤措施，在压裂施工中非常重要。

三、正理庄油层压裂技术

油层天然裂缝的存在增大了压裂施工中压裂液滤失速率，一旦裂缝张开，甚至形成多条裂缝，使人造裂缝的延伸及其几何形态更为复杂，施工难度随之增大。正理庄油田也不例外，在现场实践过程中，许多针对裂缝性低渗油层特征的压裂改造技术得到应用和发展，这些技术措施一般可分为两类：

一是根据储层的特征，合理选择施工排量、支撑剂粒径、加砂比等压裂施工参数。

二是降低压裂液滤失速率，提高压裂液效率的降滤失措施。

由于天然缝发育的复杂性，在采取必要的降滤措施的同时，通过加大施工排量、增加前置液量来提高施工成功率。同时，也采取小粒径、低砂比、分段加砂等工艺措施来实现充分改造的目的，这几项工艺可根据储层渗透率，结合允许支撑剂进入裂缝的准则来选择。根据室内模拟结果，支撑剂进入裂缝需满足以下条件：

a、 支撑剂固体体积分数 时，裂缝平均宽度 必须大于

；

b、 当 时， 裂缝平均宽度 必须大于 。

根据以上条件及现场经验，可合理确定加砂比或支撑剂粒径，如目前常用的0.55～0.95mm陶粒，其单位体积颗粒体积分数约为65%，当砂比为32%时，支撑剂体积分数为19%，若保持或继续提高砂比，就需要更大的裂缝宽度，否则，就会因缝宽不足而使支撑剂在裂缝中堆积，导致施工失败。

针对正理庄油田油藏储层物性特点、不同类型油井的具体数据，我们在合理优化的基础上选择了以下几方面的压裂工艺，并取得了很好的效果。

1、滩坝砂压裂技术

2004年8月对高89块的高89-1实施了当时胜利局规模最大的压裂措施，压裂液470m3，加砂66m3，压后自喷日油32吨，自喷15个月后转抽，效果显著。2006年3月在油层跨度最大（79.3m），小层数最多（24个小层）的高891块的高891-10井上，实施了胜利局最大的一口压裂井，设计加砂121m3，实际加砂73m3，当时是全局规模最大的一口井。至目前，相继在高89、樊147等滩坝砂低渗透油藏推广应用。

2、水平井连续油管压裂工艺

在梁8平1、樊147平2、樊147平1等井实施成功，取得增油223吨的好效果。

3、水平井分段射孔、压裂工艺

在纯75平1井实施成功，取得增油，21吨的好效果。

四、裂缝性低渗油层压裂工艺的应用效果

根据正理庄油田不同区块低渗油层天然裂缝发育情况，采取相应的裂缝性低渗油层压裂工艺，在裂缝性低渗油层压裂施工中分别采取了加粉陶、OSR降滤等施工工艺，获得了较好效果。2010-2018年，共实施压裂井合计230口，当年增产原油20万吨。

公式符号意义：

K ---外力作用下天然裂缝渗透率，×10-3μm2

Ko --------- 天然裂缝渗透率，×10-3μm2

C -----------常数

---------常数

P -----------天然裂缝内流体压力，MPa

σ---------- 天然裂缝面应力，MPa

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